Астрофизиците най-накрая разбраха как се формират най-големите галактики

Величието на Вселената често ни напомня колко малко всъщност знаем за нея. Един от най-устойчивите въпроси в астрофизиката – как се формират масивните елиптични галактики – най-сетне получи отговор благодарение на изследване, публикувано наскоро в Nature.

Две основни категории галактики

Галактиките във Вселената днес могат да бъдат разделени на две основни категории:

• Спирални галактики, като нашия Млечен път, които са богати на газ и непрекъснато формират звезди в своите въртящи се дискове.
• Елиптични галактики, които са големи, сферични структури, наподобяващи ръгби топка, доминирани от звезди, формирани преди повече от 10 милиарда години.

Елиптичните галактики не произвеждат нови звезди и техният произход дълго време оставаше загадка. Моделите за космическата еволюция от Големия взрив до наши дни трудно обясняваха как тези галактики са променили формата си от плоски дискове до триизмерни елиптични структури.

Разкриване на произхода

С помощта на данни от масива Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) учените успяха да идентифицират местата, където се раждат гигантските елиптични галактики. Изследването показа, че тези галактики не започват като въртящи се дискове, които постепенно стават елиптични. Вместо това, те се формират чрез интензивни и краткотрайни епизоди на звездообразуване в ранната Вселена.

Наблюденията ни върху разпределението на праха в повече от 100 далечни галактики разкриха, че по време на този активен период (когато Вселената е била между 2.2 и 5.9 милиарда години) прахът – индикатор за наличието на газ, от който се формират звездите – е изключително компактен. Това противоречи на очакванията за плоски дискове и сочи към сферична форма, подобна на елиптичните галактики, които наблюдаваме днес.

С помощта на космологични компютърни симулации астрофизиците интерпретираха наблюденията и идентифицираха физическите механизми, които водят до тази трансформация. Оказа се, че едновременното действие на студени газови потоци от околните галактики и взаимодействията между тях – включително сливането им – насочва газ и прах към компактни ядра, където се формират звезди.

Този процес е бил често срещан в ранната Вселена и предлага ключово обяснение за бързото формиране на елиптичните галактики.

Технологията зад откритието

Откритието стана възможно благодарение на иновативна техника за анализ на данните от ALMA. За разлика от изображенията, заснети с оптични телескопи, ALMA работи чрез интерферометрия – комбинирайки сигнали от множество антени, за да създаде образи с изключителна яснота. Новият метод позволява по-прецизни измервания на разпределението на праха, отколкото беше възможно досега.

За изследването учените използваха архивни отворени данни от ALMA, събрани в продължение на няколко години. Това подчертава силата на глобалните научни сътрудничества и споделянето на данни за постигане на пробиви.

Бъдещите изследвания

С помощта на телескопи като James Webb Space Telescope (JWST) и мисията Euclid астрономите ще могат да картографират още по-прецизно разпределението на звездите в далечните предшественици на днешните елиптични галактики. Освен това, 39-метровият Extremely Large Telescope (ELT) ще предостави безпрецедентни детайли за звездните ядра в тези далечни галактики.

По-остри наблюдения върху газовата динамика, осъществени с ALMA и Very Large Telescope (VLT), ще разкрият как газът се движи към центровете на галактиките, подхранвайки звездообразуването и оформяйки структурите, които наблюдаваме днес.

Откритията добавят важна част към пъзела на еволюцията на галактиките и разкриват удивителните процеси, които са оформили структурата на Вселената. Това е едва началото на нова глава в изследването на елиптичните галактики и техния произход.